高周波C–V測定（High-Frequency C–V）とは
～界面準位の影響を除いたMOS構造の静電容量特性評価法～
■ 定義
高周波C–V測定（High-Frequency Capacitance–Voltage Measurement）とは、MOSキャパシタや半導体構造体に対して数100kHz～1MHz程度の高周波AC信号を印加しながら、DCバイアス電圧を掃引して静電容量の変化を測定する手法です。
この測定法は、キャリアの捕獲・放出に時間を要する界面準位（Dit）を追従させないようにし、酸化膜容量（Cox）、しきい値電圧（Vth）、拡散深さ、ドーピングプロファイルなどの正確な抽出を可能にします。
■ 測定原理
MOS構造に高周波AC電圧（例：1 MHz）を印加することで、以下のようなバンド構造とキャリアの応答が観察されます：
| バイアス領域 | キャリア挙動 | 容量変化 |
|---|---|---|
| 蓄積領域 | 多数キャリアが界面に蓄積 | Coxに近い高容量 |
| 空乏領域 | キャリアが後退、空乏層が形成 | 容量が減少 |
| 反転領域 | 少数キャリアの生成が遅く応答せず | 低容量のまま保持（反転容量） |
※高周波下では、界面準位はAC信号に追従しないため、理想的なMOS挙動に近いC–Vカーブが得られます。
■ 測定目的と得られる情報
| パラメータ | 意味 | 応用例 |
|---|---|---|
| Cox（酸化膜容量） | 酸化膜厚・誘電率評価 | 絶縁膜品質の確認 |
| Vfb（平坦バンド電圧） | 酸化膜中の固定電荷量評価 | プロセスの安定性確認 |
| Vth（しきい値電圧） | MOSFET動作開始電圧 | トランジスタ設計基準 |
| ドーピング濃度分布 | 1/C² vs Vより逆算 | 拡散プロファイル管理 |
■ 特徴とメリット
| 特徴 | 内容 |
|---|---|
| ✅ 界面準位の影響を低減 | HFではトラップが応答できず、測定精度が向上 |
| ✅ 非破壊・高分解能 | 試料を傷つけずに高感度で測定可能 |
| ✅ 解析モデルとの整合性が高い | 理論C–V曲線との比較が容易 |
■ 測定例（C–V曲線）
典型的な高周波C–V測定では、以下のような曲線が得られます：
■ 測定上の注意点
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| ✅ 適切な周波数選定 | 通常1MHzが目安。試料により変化あり |
| ✅ AC信号振幅の管理 | 大きすぎると非線形応答の影響を受ける |
| ✅ 温度制御 | キャリア応答速度が温度依存 |
| ✅ プローブ接触の安定性 | 微小面積試料では特に重要 |
■ 他のC–V手法との比較
| 項目 | 高周波C–V | 低周波C–V | 光C–V |
|---|---|---|---|
| 界面準位影響 | 小さい | 大きい | 条件依存 |
| 反転層応答 | 応答しない（理想曲線） | 応答する（準静的） | 励起依存 |
| 用途 | Cox, Vth, 拡散深さ | Dit抽出 | トラップ評価、材料研究 |
■ まとめ
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 定義 | 数100kHz～1MHzのAC信号を用いた静電容量–電圧測定手法 |
| 目的 | 酸化膜容量、しきい値電圧、ドーピングプロファイルなどの精密評価 |
| 利点 | 界面準位影響を低減、非破壊、高分解能 |
| 用途 | MOS構造評価、プロセスモニタリング、材料特性解析など |